摘 要:通过对硝酸铵化学性质的研究及其对混凝土的腐蚀性,优选出硝酸铵造粒塔混凝土基础防腐的实施方案。
关 键 词:硝酸铵;造粒塔;混凝土基础;防腐; kp-1胶泥
0 前 言
硝酸及硝酸产品为某公司的主导产品,由于它含有极强的腐蚀性,因此对其生产环境(包括厂房混凝土梁、柱、基础及地面)的防腐要求特别严格。传统的沥青防腐在高温下容易变脆而产生裂缝,近年来市场的一些新的防腐材料很多价格偏高且效果均不理想。如何利用传统材料结合目前市场上的新材料,研究出既经济、实用,效果又理想的产品,成为该公司技术设计人员主要攻关的课题。
1 工程概况
1.1 工程概况
硝酸铵(简称硝铵,分子式为nh4no3)在工农业生产和国防科学上有着广泛的用途。农业上可用于农作物施肥,工业和国防上可用于生产硝铵炸药。粒状硝铵的整个生产过程为:高浓度的熔融硝铵溶液经过造粒塔顶(+43.0米高)的固定造粒喷头将熔融物喷洒成细流,呈单个液滴状态自由落下。液滴在落下时遇到造粒塔内的空气流冷却、进行结晶,到达塔底的漏斗时被冷却至温度为90℃~125℃的颗粒状硝铵。冷空气自塔底进入并在塔内与硝铵颗粒进行对流热量交换后由塔顶排出[1]。整个造粒过程都是在四周密闭的造粒塔内完成。尽管如此,生产过程中难免有硝铵颗粒、粉尘和硝铵熔融泵产生泄漏的硝铵溶液落到地板上。另外,在清洗造粒喷头时也有少量的稀硝铵溶液流到地面而腐蚀基础。根据建筑结构规范规定,其建筑环境属五
类[2]。 根据生产工艺的要求,年产10万吨的硝铵造粒塔为长8.2m、宽7.4m、高64.7m的框架钢结构塔,工况下总重量为580吨,由于该塔塔身较高,考虑其在风荷载作用下的基础整体抗倾覆的影响,其基础设计为14.8m×17.9m的整体钢筋混凝土板式基础[3]。钢结构造粒塔柱子通过螺栓与钢筋混凝土柱墩连接,其基础剖面图见下图:
1.2 硝酸铵对混凝土的影响
硅酸盐水泥的主要矿物成分为硅酸三钙(3cao.sio2,简写c3s)、硅酸二钙(2cao.sio2,简写c2s)。在浇筑混凝土的过程中,硅酸盐水泥中的主要矿物成分与水发生化学反应生成硅酸钙胶体(简写csh)和氢氧化钙ca(oh)2(简写ch)。
由实验证明,硝酸铵溶液(nh4no3)与氢氧化钙ca(oh)2可发生化学反应,其反应式为:ca(oh)2+2nh4no3=ca(no3)2+2nh3↑+2h2o
导致混凝土的结构受到破坏,其粘合性和抗压强度也大为降低。事实也证明了硝酸铵对混凝土的腐蚀很大。该公司年产5万吨多孔硝铵的厂房(三层钢筋混凝土框架结构)投产不到两年,其厂房的楼板、梁、柱甚至楼梯的混凝土柱、梁均发现不同程度的粉化、开裂,混凝土被腐蚀严重,钢筋外露,外墙砂浆粉化开裂并整体脱落;粉状硝铵厂房(五层混凝土框架结构)投产不到八年也遭遇同样命运。虽然到目前为止已对其进行了两次加固处理,但都不是很理想。鉴于这种情况,硝酸铵造粒塔地面以上塔身结构才考虑使用钢结构,因此硝铵造粒塔地面下的混凝土基础防腐更显其重要性,若基础防腐不过关,则会缩短造粒塔的使用寿命,严重者会造成重大事故。
2 基础防腐措施的研究与应用
2.1 对防腐材料的研究
传统的沥青类材料:可耐中等浓度的酸、碱、盐腐蚀,但温度过高容易熔化 水玻璃类材料:只耐酸不耐碱腐蚀,因而规范规定不得与水泥砂浆、混凝土等呈碱性反应的基层直接接触。
环氧树脂:能耐酸、碱腐蚀,缺点是价格较贵 kp-1材料:包括胶泥、砂浆、混凝土,其主要材料为硅酸钾,掺合固化剂、促进剂、外加剂等材料混合而成,只对酸及酸性盐耐腐蚀,而且能耐不超过600℃温度。
由于沥青比较耐腐蚀,且有价格优势,但不能耐高温,而地面以下的常年温度基本上稳定在10℃~25℃,因此用于地下混凝土防腐比较经济实用。
kp-1胶泥对酸具有优良的耐腐蚀性,且无毒、无污染、容易施工,最重要的是它能耐不超过600℃的高温,属耐酸耐热胶泥。该项技术的使用已成熟,目前收编进国家标准图集[4]。在生产过程中泄漏出的硝铵溶液流经地面其温度都在70℃~80℃。玛蹄脂中的沥青遇高温容易软化,而环氧胶泥虽然也能耐80℃的高温,但
它的价格偏高,因此现场首选kp-1胶泥贴耐酸地板砖。
2.2 防腐措施的应用
基础底先铺100毫米厚的沥青混凝土:施工前,沥青混凝土的配合比必须经过实验室的严格测定,并要求其强度等级必须大于c10混凝土的标准;施工时,为防止沥青冷却后变硬必需加入一定比例的汽油。在沥青混凝土面贴三油两毡,用耐酸玛蹄脂贴。耐酸玛蹄脂的配比:30#石油沥青∶石英粉∶石棉=50%∶40%∶10%[2]。
浇筑钢筋混凝土基础时使用有一定耐酸性的矿渣硅酸盐水泥。基础边同时用耐酸玛蹄脂贴三油两毡,并用基础底的三油两毡压边上200mm,在边上砌120mm红砖保护墙;钢筋混凝土基础面同样用耐酸玛蹄脂贴三油两毡。为防止基础回填施工时对三油两毡的破坏,先在基础面铺上粗砂300mm厚并压实,其它用素土
回填,并要求分层夯实。基础回填后,同样先铺40mm厚的沥青混凝土,再用kp-1胶泥贴耐酸地板砖。厂房的四周布置排水沟,收集废水统一经化学处理后再排入总排水沟,其水沟和集水井用沥青砂浆抹面20mm厚,面同样用kp-1胶泥贴耐酸地板砖。
kp-1胶泥贴耐酸地板砖施工时要严格注意:其施工环境温度控制在20℃~30℃之间;相对湿度不宜大于80%;在施工养护期间,严禁与水或水蒸气接触;搅拌好的kp-1胶泥要一次用完,如已硬化应丢弃不用;工程完工后,必须用30%~40%硝酸溶液进行酸化处理。
3 小 结
kp-1胶泥贴耐酸地板砖为第一道防线;沥青混凝土为第二道防线,防止介质渗漏到基础;耐酸玛蹄脂贴三油两毡为第三道防线,钢筋混凝土结构基础的底面、侧面和顶面均做了防腐处理。经此处理过的造粒塔基础在投入正常生产使用6个月后,经钻土取样化验分析,土质的酸碱度未出现任何异常。
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